回收能量

回收能量（精选十篇）

回收能量 篇1

1 汽车运动振动能量采集装置的研究

近年来, 汽车已经成为人们出行最主要的交通工具之一, 因其便捷性为人们所亲耐。在部分地区, 基本上是家家一辆车, 甚至是人人一辆车。因此, 研究汽车的能量回收有着重要的意义。

汽车行驶过程中, 由于路面的不平整性以及车辆速度变化等原因, 会造成车身振动, 并且其振动振幅也是不断发生变化。这些变化的振幅中蕴藏着大量的机械能, 本节通过研究能量回收采集装置可将这里的机械振动转化为可利用的电能。因此, 利用汽车车身的振动进行能量采集, 并将采集的能量用于汽车本身的照明用电, 视听娱乐用电以及其它应急灯用电, 是一种新型的节能减排装置, 能起到明显的节能减排效果。

该套装置主要可以由以下几个模块构成:能量采集模块、能量传递模块以及能量转化模块。

首先是能量采集模块。汽车运动过程中的振动相对于汽车地盘是上下垂直运动的, 那么该处的能量采集首先得将垂直的运动转化为往复的旋转运动, 这里可以通过齿条与齿轮的啮合配合使用, 将车身的上下垂直运动转化为齿轮的往复旋转运动, 这样一来, 齿轮的旋转运动可以带动与其连接的轴一起做往复旋转运动。这样, 就能将车身的上下垂直运动传递出来, 起到初步能量采集的作用作用。

再者是能量的转化。这里的能量转化既是能的采集, 可以利用电磁发电。有电磁发电机的原理可知:线圈在电磁场中间切割电磁场就会产生电能, 其产生电能的频率, 电量幅值均与其切割磁感线的频率、以及线圈的电阻等有关。因此, 本装置可以利用往复的旋转运动带动铁线圈有规律的切割装置配备的磁感线, 对应的产生电流。然后将产生的电流收集存储, 用于汽车本身的照明用电, 视听娱乐用电以及其它应急灯用电等。

上述是通过切割磁感线的往复旋转运动来发电, 其发出的电也是交变的, 大多不能用于汽车本身使用。因此, 有另外一套装置, 可以将往复旋转运动转化为单线旋转运动, 做好这样一步工作, 再讲输出的单项旋转运动用于磁感线的切割。这样一来, 往复旋转运动转化为单项旋转运动, 切割磁感线后产生的电能是直流的, 存储后可以直接用于汽车自身的照明用电, 视听娱乐用电以及其它应急灯用电等。

以上就是将汽车振动能量转化为电能的简单设计。除此之外, 由于城市里交通阻塞等问题, 汽车在行驶过程中会多次的启动、制动。因此, 我们也可以利用机械装置将汽车制动的能量收集起来, 并且存储, 可用于汽车自身的照明用电, 视听娱乐用电以及其它应急灯用电等, 或者可用于汽车多次的启动当中, 减少启动时所需的能量等。

2 公路减速障的机械能量采集研究

查询文献资料可知:我国在08年的收费站数量就已达到86053个, 而经过三年高速增长, 2012年全国的收费站数量已经超过10万个。与此同时, 一个普通收费站一年的耗电量惊人, 而现在的收费站普遍考虑用市电供电, 存在输电浪费与设备布置的高花费等缺点。

因此, 我们可以设计出一套机械装置来采集车辆路过减速障时, 减速障因被撞击产生水平前后移动 (运动) , 可以设计出一套机械装置将减速障的水平方向运动的能量回收采集起来, 用于减速障周围的用电设施, 比如说路灯等装置的供电。

该装置的基本构成和上述汽车自身能量采集过程基本一致, 又有差别的地方。当汽车以一个缓慢的速度行驶过减速带时, 比如前轮压上减速带, 位于减速障下方的避震弹簧板受到弹簧水平向前的压力时, 减速带将随着力的方向向前运动, 由于弹簧的作用, 弹簧板会在水平方向的前后一直振动。带动齿轮转转动, 接着, 齿轮与轴相互连接传动, 保持同速转动。轴将运动传递出来后, 通过两个锥齿轮与与两个单向离合器的配合使用, 将运动的方式转化, 运动再次通过轴输出后带动发电机发电。这样, 汽车经过减速障时, 就可以将汽车短暂的停留能量采集起来, 减速障周围的用电设施, 比如说路灯等装置的供电。

除了采用机械装置来采集回收车辆的振动能量外, 我们也可以积极的采用机电一体化的方式来采集能量, 转化为电能。比如说, 在公路减速障的机械能量采集研究中, 也可加入机电的装置多元化采集能量, 这样的效率会更高, 而且更加节能。例如, 加入太阳能发电板, 公路上大多地方的采光条件较好, 适合使用太阳能等发电装置。除此之外呢, 我们还可以利用压电陶瓷等新型材料来采集振动以及微笑变形时候的能量, 可以将压电陶瓷贴于汽车轮胎, 路面, 减速障等地方, 既能够保证行驶的安全, 也能高效率的采集运动时即将耗散的能量, 具有明显的节能减排意义以及价值。

摘要：能量无处不在, 能量存在于我们生活的方方面面, 而其中的大部分都白白耗散掉, 没有被人们充分的利用, 这是很大的一种资源浪费。那么, 怎样尽可能的把这些耗散的能量回收, 而且是不产生污染、绿色环保的能量回收, 在当下是一项重要的研究课题。笔者将从如何采用机械装置将尽可能多的能量回收、存储起来, 对人类来说这将是一笔宝贵的财富。

关键词：能量回收,机械装置,绿色环保

参考文献

[1]宗陪言, 丛东华.机械工程概论.北京:机械工业出版社, 2001.

[2]沈瑞珠.智能照明系统在智能建筑中的应用[J].低压电器.2002.

[3]谢进, 万朝燕, 杜立杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2010.

[4]吴宗泽, 罗圣国.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社, 2006.5.

环保节能的催化燃烧能量回收装置 篇2

环保节能的催化燃烧能量回收装置

摘要：在人们的印象中,进行能量回收意味着必须投入大量的资金.但随着技术的进步,这一情况已有所改善.目前,市场正在向催化燃烧系统的`用户积极推广催化燃烧能量回收装置,它在对能源进行有效回收和合理利用的基础上,还能显著降低成本,具有非常可观的投资回报率.本文主要讨论催化燃烧能量回收装置的经济效益、工作原理和几种常用的催化燃烧能量回收装置.作 者：郝发义 作者单位：上海理工大学期 刊：印刷技术 Journal：PRINTING TECHNOLOGY年，卷(期)：,“”(2)分类号：

空气能量回收装置的节能分析 篇3

[摘要]空气能量回收装置是在新风和排风之间进行热湿交换，回收室内排风中的能量，对新风进行预热（预冷）的装置。本文介绍了空气能量回收装置的不同形式及其特点，描述了国内外的研究现状，指出使用空气能量回收装置时应当根据空气处理方式和室外气象条件的变化采取不同调节方式，以达到良好的节能效果。

[关键词]空气能量回收，节能，全热，显热

[中图分类号]S210.4 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0412-01

1 引言

近十几年来，我国经济的快速发展带来了人们生活水平的大幅度提高，人们对生活舒适度的要求也越来越高，加之我国大部分地区的气候条件需要采暧空调，使得采暧空调设备的使用率提高，这势必要造成能耗的增长。而在我国能量总消费量中，建筑能耗所占比例已由1978年的10%上升到2001年的27.45%，其中采暧空调能耗占建筑总能耗的55%左右，提倡建筑节能尤其是采暖空调系统节能迫在眉睫。为了实现建筑节能一般采取的措施有两条，一是提高围护结构的密封保温隔热；二是提高采暖空调系统的用能效率。围护结构密封性的提高造成了一些空气品质下降的问题，尤其是前年的非典，对空调新风量有更高的要求。但增大新风量势必会造成用能的增加。据调查，在建筑物的空调负荷中，新风负荷所占比例比较大，一般占空调总负荷的20%～30%。空调运行中引入新风的同时，要排走室内的部分空气，排走的空气带走部分能量，而同时又投入能量来处理新风。如果在系统中安装能量回收装置，用排风中的能量来处理新风，就可以减少处理新风所需的能量，降低机组负荷，提高空调系统的经济性。

2 空气能量回收装置的分类及性能比较

迄今为止，国内外使用和研究的空气能量回收装置主要有以下几种：转轮式、静止平板式、盘管回收环式、热管式、双塔回收环式等。

转轮式空气能量回收装置是在转动过程中让排风与新风以逆向或同向流过转轮面释放和吸收能量。根据转轮的转芯的材质可分为全热转轮空气能量回收装置和显热转轮空气能量回收装置。全热转轮能量回收装置的转芯由可吸湿材料卷绕成蜂窝状而成的，可同时在新风和回风之间进行热量和湿量交换。显热转轮回收装置的转芯不能吸湿，新风和回风之间只能进行显热交换。

静止平板式空气能量回收装置的核心部件是由分层的平板分隔和封闭后形成送风和回风通道的板式热交换器，它没有转动部件，根据平板的材质是否吸湿也可以分为全热板式和显热板式空气能量回收装置。

盘管回收环式空气能量回收装置在排风和送风管道上分别装有盘管。两盘管间由管道连接起来，用一循环泵使管道中的液体（通常是水或乙二醇溶液）在两盘管问循环，从而使排风和送风间的能量通过盘管和中间介质进行交换。这种能量回收装置只能在新风和排风之间进行显热交换。

热管式空气能量回收装置的能量回收原理是在热管内充注一定量的工质，送风和回风分别流经热管的两端，通过热管中工质的反复冷凝和蒸发来传递热量，达到能量回收的目的。热管式能量回收装置只能进行显热交换。

双塔回收环式空气能量回收装置通过泵使吸收液在送风塔和排风塔之间循环，新风、排风通过送风塔和排风塔进行热湿交换，是一种全热式能量回收装置。

3 研究现状

3.1 空气能量回收装置的理论和实验研究

对空气能量回收装置的理论和实验研究作为空调能量回收的基础研究，主要是建立能量回收过程的数学模型，揭示节能机理，建立计算能量回收效率、阻力的计算分析公式，为空气能量回收装置的设计制作和结构改进提供理论依据。

Simonson等从非线性的耦合的热湿交换方程组中推导了转轮式空气能量回收装置的全热交换的基本无量纲数。研究发现热湿交换的无量纲数与显热交换的无量纲数类似，都是运行的温度和湿度的函数，另外还与吸附材料的特性有关。为了突出运行状态在热湿交换中的重要性，作者定义了一个运行状态系数（H*），它表示潜热与显热能量的比值。

龙恩深进行了热管式空气能量回收装置的优化设计。作者优化分析的结果认为设计效率为80%比较合理，冷热回收装置的阻力应当控制在150Pa以内。结合优化设计的结果，作者对冷热回收器的经济效益进行了分析发现，运行费用的节省和设备初投资的回收年限主要取决于系统全年运行时间，对于全年运行时间小于1000～时的地区或空调系统，加装冷热回收器的优越性主要体现在降低峰值冷负荷，减少系统初投资。

L.Z.Zhang等对采用了多孔渗透膜的能量回收空调机进行了理论分析，提出了具体的热质交换模型。当冷热空气流经隔膜时发生热质交换，回收冷（热）量。对隔膜单元的热质交换分析发现，当冷热空气呈交叉流时，隔膜并未完全用于热质交换；当冷热气流呈逆流时，显热、潜热及焓效率有所提高。

3.2 空气能量回收装置在工程中应用的节能效果分析

对空气能量回收装置在工程中应用的节能效果分析分为两种：一种是对具体工程进行节能分析；另一种是研究如何调节能量回收装置以获得最大的节能效益。

3.2.1 实际工程采用能量回收装置后的节能效果分析

长春市冬季室外计算干球温度为-26℃，如果直接引入新风必须要在新风处理机组出口安装电加热器，但这样会使年耗电量大幅度增长。针对这种情况采用了空气能量回收装置，在排风排至室外前先与新风进行热交换。侯佳敏分别对系统的冬夏季运行进行了节能分析，发现由于长春冬季寒冷，但夏季室外温度并不是很高，所以采暧季能量回收比空调季要多，大约是空调季的10倍。因此能量回收量的多少与地理位置和气候有很大的关系。

研究主要是针对某个具体工程实例进行分析，对同类建筑的设计提供了参考。但空气能量回收装置的节能效果随所在地点的气候条件和空气调节方式的不同而不同，因此不能简单的将计算结果推广到其他建筑使用。

3.2.2 提高能量回收装置的节能效益的研究

邓宇春用区域搜索算法分析了定风量、定新风比的蒸汽加湿表冷式空调系统使用全热转轮能量回收装置、透湿膜全热板式能量回收装置和显热能量回收装置时空调系统设备能耗特点，比较了不同类型的回收装置的节能效果。

4 结论

汽车制动能量回收系统的方案探索 篇4

节能环保已成为汽车发展的必然趋势。探究汽车引发环境污染的原因中, 现有制动系统的缺点是显而易见的。频繁的制动带来的不仅是巨大的能量损失, 同时汽车在制动后起步加速及停车怠速阶段的油耗、黑烟及其他排放显著增多。

2 公交车工况特点

近来, 已有不少研究人员分别对京、津、沪, 以及武汉、成都等大城市公交车的工况进行了调查研究[1,2]。将这些材料提供的数据, 汇成表1, 表中的数据是以总重15t、发动机功率为150k W的公交车为反映我国大城市公交车行驶工况的概貌[3]。文献[1]和[2]中指出:城市客车实际运行特点是平均车速 (18km/h) 和最高车速 (50km/h) 都低, 加、减速频繁。频繁的制动引起油耗的增大和废气的排放增多。将汽车制动损耗能量回收起来, 充分利用回收能量辅助汽车起步加速, 则是一个很好的节能环保方案。

*注:含在加速时间段

3 储能方式研究现状及其优缺点

国内外对车辆制动能量回收与再利用方式具有代表性的用于行驶车辆的能量储存方式有以下三种。

(1) 飞轮储能。其基本工作原理是将汽车在制动或减速过程中的动能转换为一飞轮高速旋转的动能, 当汽车起步加速时, 高速旋转的飞轮又将存储的动能转化为汽车的辅助驱动力。飞轮式装置简单易行, 造价较低, 但重量和体积大, 在飞轮储能装置中, 提高飞轮的储能能量和能量的保存效率是主要的研究问题, 超高速飞轮的研制困难较大。

(2) 液压储能式。其工作原理是将汽车在制动或减速过程中的动能转换成液压能的形式, 并将液压能贮藏在液压蓄能器中。当汽车起步加速时, 蓄能器中的液压能以机械能的形式反作用于汽车辅助汽车起步加速。液压储能装置具有零件少、成本较低、工作可靠性高的特点, 同时还具有体积小、安装布置方便的优点。但回收利用时不可避免地伴随摩擦和热的损失同时液压系统的密封性能要求高, 一旦发生泄漏对其性能影响较大, 且造成环境污染, 成本昂贵。

(3) 电化学储能式。其工作原理是首先将汽车在制动或减速过程中的动能, 通过发电机转化为电能并以化学能形式存储在储能器中。当汽车需要起步加速时, 将储能器中的化学能通过电动机转化为辅助汽车行驶的动能。该方案具有结构简单、操作方便、可靠性好、制动能量回收利用效率高的优点。而制约其应用的技术瓶颈是高性能、低成本的电化学储能器, 且电化学储能器频繁充放电对其寿命影响较大。

4 气压储能方案

图1所示为一种气压储能式方案, 其工作原理是将汽车在制动或减速过程中的动能转换成气压能的形式, 并将气压能贮藏在储气罐中。当汽车起步加速时, 储气罐中的气压能以机械能的形式反作用于汽车, 辅助汽车起步加速。

气压式制动能量回收系统较飞轮式储能系统具有质量小、成本低、工作可靠性高、效率高的特点。液压式储能系统对密封性能要求高, 一旦发生泄漏对其性能影响较大, 且造成环境污染, 成本昂贵。而气压式储能系统无需气压回路, 以环境中的空气为媒介, 清洁环保, 零件较少, 成本较液压式低。与电化学储能式相比气压式储能系统成本低廉, 使用寿命较长。鉴于气压式储能系统的这些特性, 我们对此方案作了探索性设计。

5 机械结构设计及工作原理

探索平台:我们以公交车为设计平台

(1) 能量回收系统

机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。在这里我们将轮辋作为原动机, 当制动过程开始时轮辋与二级齿轮传动装置联动, 进行能量回收。我们通过对汽车上常用摩擦式离合器的改进应用实现这一功能。

如图2所示, 当踩下刹车踏板时利用气压推动活塞来压紧刹车片从而使轮辋带动两级齿轮传动继而带动空压机压缩气体, 进行机械能到气压能的转化。

在空压机之前加装飞轮, 飞轮的作用是储存一部分能量。轮辋通过二级齿轮增速后速度降低到压缩机额定转速以下时, 飞轮会通过超越离合器与二级增速齿轮机构脱离, 从而独立带动空压机工作。

空压机产生的压缩气体经过处理进入储气罐储存, 完成机械能转化成气压能后的能量存储工作。储气罐与公交车原有的储气罐复合在一起以节省空间。

(2) 能量利用系统

如图3所示, 气动马达作为一个备用的发动机, 用来辅助汽车制动后发动机起步、加速。要保证气动马达只在汽车起步和在较低速度进行加速时才给汽车辅助起步加速, 所以设计了以下机构来实现上述想法:楔块式超越离合器部分以保证动力单向供给, 即只能气动马达驱动主轴。

供气装置设计如图4所示。汽车起步主要操作顺序 (指车辆在一般道路上起步, 坡道起步除外) :“踩”离合器、“挂”一档、“松”手刹、“稳”油门、“松”离合器。

我们采用了一种顺序机构, 踩下汽车离合器踏板后通过联动机构使牙嵌式离合器咬合并通过飞锤固定, 由于牙嵌式离合器的上半部分下移从而推动连杆转动将图示两齿轮啮合。踩下油门加速, 通过齿轮的传动触动直动式电磁阀电源开关闭合, 使气动马达供气管道的电磁阀阀门打开, 气动马达开始工作以辅助汽车起步或加速, 飞锤的设计保证汽车到达一定速度时牙嵌式离合器分开, 切断电磁阀电源, 气动马达停止工作。从而保证了汽车高速行驶时, 气动马达不会对汽车发动机工作产生干涉。

6 结语

当要把一辆重达15t的客车从高速行驶到制动停止, 其巨大的动能瞬间转化为刹车盘的高温, 本文提出在未来汽车的制动系统装备制动能量回收装置, 把制动的能量转化为一定形式能量储存下来, 以供车辆储备使用。这种方案性价比极高, 可行性良好, 将会是未来一种趋势。相信随着各种形式制动能量回收系统的推广应用, 我们的汽车将变得更加环保节能。

参考文献

[1]刘希玲, 丁焰, 我国城市汽车行驶工况调查研究[J].环境科学研究, 2000, 13 (1) :23-27.

[2]杨延相, 蔡小林, 杜青, 等.天津市道路汽车行驶工况的研究[J].汽车工程, 2002, 24 (3) :200-204.

回收能量 篇5

【摘要】为了有效的提升能量回收的效率，本文注重研究了BPRT同轴机组在生产过程之中的具体流程以及BPRT同轴机组的生产特点，并介绍了在高炉压力能量回收过程之中应用BPRT同轴机组的具体形式。本文选择的案例是铸管武安工业区一炼铁部的500立方米的高炉上利用BPRT同轴机组进行高炉压力能量回收的具体案例。

【关键词】BPRT同轴机组；高炉压力；能量回收；应用

一、BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用概述

1、BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用的基本原理

所谓BPRT同轴机组，指的就是利用轴流压缩机以及能量回收透平机设备等一套设备共同轴机组，并通过这组同轴机组来有效的满足高炉压力能量回收的需要，提升高炉能量回收的回收效率。具体的来说，可以通过BPRT同轴机组之中的能量回收透平机设备有效的将高炉的残余压力能量（包括高炉煤气的余压余热），有效的转换成为相应的机械能，在进入工业生产过程之中去，可以有效的完成高炉压力能量回收过程。

2、BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用的基本特点

由于BPRT同軸机组是基于传统的TRT技术发展而来的，与此同时，配合上BPRT同轴机组之中的轴流压缩机以及能量回收透平机设备，可以有效的将高炉压力能量转化成为相应的机械能，并通过机械能有效的带动机器进行工作，进而为生产设置提供充足电能。BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用的过程之中，消耗的能量较少，有着推广的价值。

二、工程案例简介

本文选取的工程案例是铸管武安工业区一炼铁部的500立方米的高炉上利用BPRT同轴机组进行高炉压力能量回收的具体案例，其中，BPRT同轴机组的主要组成部分包括有轴流压缩机、电动机、风机、透平膨胀机以及变速齿轮等设置。这些BPRT同轴机组的设置在高炉压力能量回收中的应用的具体的参数格如下几个图表所示所示：

三、BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用的工艺流程

根据第二部分之中提到的工程案例的分析，当空气之中鼓风机经过压力加压之后升高到三百八十千帕，并在热炉之中加温到规定的数值，并加压到规定的数值，在高炉的顶部形成了高炉煤气，经过煤气的重力除尘器进行除尘之后，降低高炉之中的煤气含量，进入BPRT同轴机组之中的透平机设备之后，高炉之中的煤气之中的压力和温度逐步的降低，进而有效的推动透平膨胀机旋转，进而有效的带动高炉鼓风机的运动，与此同时，随着内部的流道中不断膨胀做功，高炉内部的温度和压力不断的降低，最终有效的将原有的残余能量转换成为了机械能，得到有效的回收利用。

一般情况下，在整个BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用的过程之中，利用回收高炉之中的能量，可以有效的降低整个设置的电能消耗，最终有效的发挥节电的效果。相比较于传统的TRT技术，利用BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用可以有效的减少过程之中的发电环节、输入环境等若干环节。与此同时，如果高炉的顶部出现故障或炉顶煤气压力波动较大的问题的时候，就可以利用BPRT同轴机组之中的离合器设备将透平机和BPRT同轴机组之中的高炉鼓风系统分离开来，与此同时，还要打开BPRT同轴机组之中的减压阀组，有效的将高炉之中的残余能量回收利用。

四、BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用的主要体现

BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用可以利用先进的计算机控制系统完成BPRT同轴机组在控制过程之中的过程控制和逻辑控制过程。具体的来说，进行自动控制的操作站可以有效的监控BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用状态，并将过程之中的数据有效的整理在一起，完成高炉压力能量回收的整个过程。

首先，要完成BPRT同轴机组的正常启动过程，启机准备阶段煤气防护和运行人员到场，做好煤气引入机组监护和爆发试验工作。高炉确认炉况正常后，向TRT岗位发出同意启动信号。岗位工得到高炉同意信号后，启机升速，首次入口阀门开度设为10%。此阶段岗位升速到TRT齿轮啮合状态。RT齿轮啮合后，TRT岗位工向高炉申请全负荷投入TRT。

其次，要完成BPRT同轴机组的正常停机过程，TRT人员汇报动控部调度，得到同意后，向高炉申请退出。高炉确认炉况正常后，告知TRT。退出尽量安排在高炉出完铁时段进行。TRT人员在得到高炉同意退出指令后，密切关注TRT运行工况并告知高炉慢开减压阀组至正常TRT退出状态。TRT人员要在静叶角度降为8%时，告知高炉要停机，得到高炉同意后，按停机按钮退出机组。将顶压控制权交还给高炉。

最后，针对BPRT同轴机组的紧急停机问题，TRT因达到8个联锁停机条件之一，造成紧急停机，要马上告知高炉并汇报动控部调度。高炉在得到TRT通知后，马上命令TRT人员逐步关闭旁通阀门。高炉要根据顶压情况，逐步打开减压阀组。顶压控制权交还给高炉。TRT人员在高炉操作完毕后，电话告知高炉逐步关闭煤气入口和出口电动蝶阀，最终有效完成BPRT同轴机组的紧急停机。

结论

在本文之中，根据相应的工程案例，详细的介绍了BPRT同轴机组的各个组成部分的运行参数，并讲述了BPRT同轴机组在运行过程之中的工艺流程，希望能够对BPRT同轴机组在高炉压力能量回收中的应用提供参考意见。

参考文献

[1]柳黎光，孙鸿声，张保平，张昌杰.自主创新的三机同轴BPRT机组[J].通用机械，2013（06）：31-33.

[2]柳黎光，盛钢，孙鸿声.同轴BPRT系统技术的探索与展望[J].GM通用机械，2014（4）：11-14.

汽车制动能量回收系统的节能分析 篇6

随着汽车拥有量的日益增多, 车流密度大, 造成交通拥挤, 汽车需经常进行减速 (停车) 、起步和加速, 制动极为频繁, 使制动器的使用寿命大大降低, 汽车行驶的安全性得不到保证, 同时汽车油耗增加, 制动时汽车的能量转化为摩擦的热能而消耗。为此, 将汽车制动时的能量进行回收储存, 在汽车加速或起步时将回收的能量作为汽车驱动的动力。一方面, 汽车制动时的能量得到充分的利用, 改善了汽车的燃油经济性能, 同时也会改善车辆的排放性能;另一方面, 可显著提高汽车制动器的使用寿命。

能量回收系统最重要的技术之一是如何储存汽车制动时的能量, 目前国外一般采用蓄电池、蓄能器及飞轮等方法。20世纪80年代末, 瑞典VOLVO汽车制造公司就开始对城市公交车传统的机械传动系的汽车进行制动能量回收的研究, 采用蓄能器作为回收能量的储能元件, 虽然在公交车取得了一定的成功, 但由于在传统的机械传动式汽车底盘上, 其空间不大, 较大体积的蓄能器在大客车以外的其它汽车上的应用受到一定限制[1~2]。混合动力的电动汽车是目前较为成熟的电动汽车, 很多采用蓄电池作为电能的混合动力电动汽车中都采用了能量回收装置。作为回收能量的电储能系统, 主要存在的问题是电池的功率密度低, 所以不利于负载变化较大且频繁的汽车制动能量回收系统的应用;此外, 电储能结构复杂, 在汽车大负载情况下储能系统的的体积较大, 控制技术也较复杂, 使用成本高[3]。气储能系统是将超高压气体 (空气) 作为动力源, 经过控制和分配环节, 驱动汽车在不同工况下行驶。在汽车制动时又将汽车的能量通过空压机转化为压缩空气储存起来, 以便重新加以利用, 其主要问题是如何将超高压气体经过减压控制装置调节进入气动发动机后, 其动力满足汽车在各种复杂工况下正常运行;汽车制动或下坡时的机械能通过空压机如何转化为超高压气体储存在超高压气体的储能罐内 (其转换机构极其复杂) ;或另设置蓄能罐时, 如何实现超高压储能罐与蓄能罐的能量供给的协调性。这样的结构由于体积较大, 会导致汽车的成本上升, 同时体积增大难以布置[4]。

而飞轮使用寿命长, 结构简单及效率高等特点, 更加适合储存能量。本文介绍了定压源能量回收系统 (CPS) , 该系统采用发动机—飞轮混合驱动车辆从而实现能量的传递及转换。

20世纪90年代, 日本著名学者Hiroshi NAKAZAWA、Yasuo KITA等开始研究CPS, 并取得了一定的进展。由于车辆全部采用了液压传动系统, 因而使汽车底盘的布置更为方便, 试验证明, 汽车的部分性能 (如动力性、燃油经济性、舒适性及制动安全性等) 也得到了明显的改善。我国对汽车的CPS研究起步较晚, 有许多理论及技术开发方面的工作要做。跟踪国外先进科技, 将其转化为自己所拥有的技术, 并在此基础上加以改善和提高, 促进我国汽车工业水平的发展, 是一项长远而艰巨的任务。

2 CPS的工作原理

图1为CPS的工作原理图。主要由发动机、3个变量泵/马达、飞轮、蓄能器和主减速器及差速器组成汽车的底盘。3个变量泵/马达用来实现机械能和液压能之间的转换。

整个系统的油路是由共用高压油路和共用低压油路组成, 系统压力的基本恒定由飞轮转速的变化和调节液压变量泵/马达的排量及采用稳压阀来实现的, 同时蓄能器能消除压力脉动。

汽车在加速行驶或等速行驶阻力增加时, 驱动轮上的变量泵/马达作为马达工作, 消耗压力油而使系统压力降低, 此时由蓄能器和和高速旋转的飞轮将为系统提供动力。通过与飞轮相连的变量泵/马达作为泵工作给系统补充压力油, 使系统的油压维持在某一压力水平。当飞轮的转速下降到所容许的下限值, 即低于飞轮的最低转速时, 飞轮不能给系统提供动力, 此时应起动发动机至最大动力, 给系统提供动力, 与发动机相连的变量泵/马达作为泵工作给系统提供压力油。通过与飞轮相连的变量泵/马达作为马达工作为飞轮提供动力, 使飞轮的转速维持在一定的转速。

汽车在减速行驶时, 驱动轮上的变量泵/马达作为作为泵工作, 回收汽车行驶时的能量, 使系统的油压上升, 通过与飞轮相连的变量泵/马达作为马达工作使飞轮的动能增加而储存起来, 以供汽车起动或加速时使用, 此时, 发动机及与它相连的变量泵/马达处于停转状态。当汽车回收的能量较大, 或汽车下长坡制动时, 驱动轮上的变量泵/马达作为作为泵工作时给系统提供的能量超过飞轮所设置的最大动能时, 为了保证系统压力的恒定及飞轮的最大动能不超过所规定的上限值, 可通过安全阀来实现, 将剩余的能量释放掉。

3 系统建模

3.1 汽车行驶方程

(1) 当汽车在一定的坡度上加速行驶时, 汽车的行驶方程式[5]

将Ft、Ff、Fi、Fj表达式分别代入 (1) 式得:

(2) 当汽车在一定的坡度上制动行驶时, 汽车的行驶方程式

3.2 CPS模型

为了尽量提高能量回收的效率, 在飞轮不工作时降低机械损失, 用离合器把飞轮和与飞轮相连的变量泵/马达分开。

3.2.1 飞轮运动分析[6]

飞轮的运动方程式可表示为:

上式中, Jf为飞轮的转动惯量, ωf为飞轮的转速, Cf为因风阻和轴承损失而引起的飞轮损失系数, Tf为与飞轮相连的变量泵/马达的输出扭矩。

3.2.2 液压回路计算

CPS在汽车不同的运行工况, 三个变量泵/马达的作用是不一样的。在系统压力基本恒定的情况下, 蓄能器流量与发动机、飞轮及驱动轮相连的变量泵/马达的流量应达到平衡。

(1) 在正常情况下, CPS液压回路的流量关系可分为下列几种情况。

①当汽车等速运行或加速行驶时, 如果飞轮的转速下降到所容许的下限值, 即低于飞轮的最低转速时, 飞轮不能给系统提供动力, 此时应起动发动机提供动力, 与发动机相连的变量泵/马达作为泵工作给系统提供压力油, 与驱动轮相连的变量泵/马达及与飞轮相连的变量泵/马达作为马达工作, 流量关系式为

上式中, Qa为蓄能器的流量, Qd、ΔQd分别为与驱动轮相连的变量泵/马达作为马达工作时的流量及马达的泄露量 (m3/s) , Qf、ΔQf分别为与飞轮相连的变量泵/马达作为马达工作时的流量及马达的泄露量, Qe、ΔQe分别为与发动机相连的变量泵/马达作为泵工作时的流量及泵的泄露量。

②当汽车运行或加速行驶时, 当飞轮能给系统提供动力时, 此时与发动机相连的变量泵/马达停止工作, 与飞轮相连的变量泵/马达作为泵工作, 与驱动轮相连的变量泵/马达作为马达工作, 流量关系式为

③当汽车减速时, 与驱动轮相连的变量泵/马达作为泵工作, 与飞轮相连的变量泵/马达作为马达工作, 与发动机相连的变量泵/马达停止工作的流量关系式

(2) 蓄能器计算

蓄能器流量可表示为:

假定在一个绝热过程中, 可确定蓄能器和系统之间的压力关系式, 即

上述 (8) 、 (9) 、 (10) 式中, Vc为蓄能器的气体容积, Pc为蓄能器的气体压力, Pc0为蓄能器气体的初始压力, Ps为CPS系统压力, Vc0为蓄能器气体的初始容积, Kc为蓄能器入口压力损失系数。

(3) 与发动机相连的变量泵/马达的计算

变量泵/马达的扭矩

上式中, Te为与发动机相连的变量泵/马达的扭矩, qe为与发动机相连的变量泵/马达的排量, ηte为与发动机相连的变量泵/马达的扭矩效率。变量泵/马达的流量及泄露量

上式中, ωe为与发动机相连的变量泵/马达的转速, ηve为与发动机相连的变量泵/马达的容积效率, Ke为与发动机相连的变量泵/马达的泄露系数。

(4) 与飞轮相连的变量泵/马达的计算

变量泵/马达的扭矩

上式中, Tf为与飞轮相连的变量泵/马达的扭矩, qf为与飞轮相连的变量泵/马达的排量, ηtf为与飞轮相连的变量泵/马达的扭矩效率。变量泵/马达的流量及泄露量

上式中, Qf为与飞轮相连的变量泵/马达的转速, ηvf为与飞轮相连的变量泵/马达的容积效率, Kf为与飞轮相连的变量泵/马达的泄露系数。

(5) 与驱动轮相连的变量泵/马达的计算

变量泵/马达的扭矩

上式中, Td为与驱动轮相连的变量泵/马达的扭矩, qd为与驱动轮相连的变量泵/马达的排量, ηtd为与驱动轮相连的变量泵/马达的扭矩效率。变量泵/马达的流量及泄露量

上式中, ωd为与驱动轮相连的变量泵/马达的转速, ηvd为与驱动轮相连的变量泵/马达的容积效率, Kd为与驱动轮相连的变量泵/马达的泄露系数。

3.2.3 燃料消耗计算

与发动机相连变量泵/马达作为马达工作时所消耗的能量, 在不计机械损失时应与发动机供给的能量一致。

因此, CPS系统车辆模型的燃料消耗可通过下式计算, 即

上述 (20) 、 (21) 式中, Ee为与发动机相连变量泵/马达所消耗的能量, Ms为发动机总的燃料消耗量, b为发动机在万有特性图上对应的燃料消耗率。

由于在CPS模型中发动机工作与驱动轮所要求的驱动力无直接关系, 且发动机实行开—关控制, 当发动机工作时, 应使其在最高功率附近运行, 因此b可认为是一常数。

4 车辆运行模型CPS的Matlab/Simulink仿真结论

现在城市交通拥挤, 车速一般都不高, 市区车辆的平均车速一般在30km/h~50km/h之间, 在文中, 为了便于对CPS系统仿真以及系统节能研究, 将汽车运行工况设定为如图2所示。

根据模型分析, 采用Matlab/Simulink对“长安之星”SC6350的为定压源系统的车辆运行仿真计算。图3仿真的曲线为汽车加、减速一次工况的系统有关曲线。 (a) 是汽车加速度仿真曲线, 从图中可以看出, 汽车起步的平均加速度为2m2/s左右, 与汽车设定的运行工况是一致的。 (b) 是飞轮转速仿真曲线, 飞轮提供能量的极限转速范围为750~850rpm。 (c) 是系统压力仿真曲线, CPS系统起作用的过程中压力在20.5~15MPa之间, 变化较小, 起到定压的作用。

通过对“长安之星”SC6350模型的燃料消耗进行计算机仿真计算, CPS模型的燃料消耗比传统系统汽车的燃料消耗降低了35%, 如图4所示。从图中可以看出使用了CPS系统的汽车节油效果是明显的。

5 小结

本文讨论了汽车制动时能量回收一些主要方法。由于飞轮使用寿命长, 结构简单及效率高等特点, 更加适合储存能量。定压源能量回收系统采用发动机—飞轮混合驱动车辆从而实现能量的传递及转换。

建立了汽车CPS模型, 在给定制动工况下, 利用Matlab/Simulink对“长安之星”SC6350的CPS进行了仿真, 结果表明, 汽车CPS制动能量回收系统可以很好的改善汽车的燃油经济性, 特别对制动频繁的工况节能效果更佳。

参考文献

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[2]边耀璋, 等.汽车新能源技术[M].人民交通出版社.2003:236～240.

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[4]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社, 1981:3～20.

能量回收换气机的节能特性研究 篇7

21世纪,人们对生活质量的要求日益增长,人们早已开始认识到高品质的空气是室内人员健康的保障,对所在的办公环境、居住环境内空气品质的要求达到了前所未有的程度,这就需要消耗更多的能量在空调与通风上。然而我国能源正面临严峻的形势,据统计,2004年我国空调能耗已占全国耗电量的15%左右。因此,在引入新风改善室内空气品质的情况下,如何有效地利用能源,提高空调系统的运行效率有重要的意义。

能量回收换气机是一种新型的空调换气装置,它既能很好地改善室内空气品质,又具有良好的节能效果。本文主要对空调新风与空气品质,以及各种空调通风方式进行比较分析,介绍了一种新型能量回收换气机的工作原理、特点,并且对能量回收换气机的节能性进行了计算分析,从而得出能量回收换气机应用的可行性及对其前景有所展望。

1.1 新风引入

在空调房间内,人总是需要不断地吸入氧气,同时排放二氧化碳,装饰材料和家具等也向室内排放有害物质,为了满足人体健康的需要和清除人体、装饰材料等所产生的污染物质,向空调房间引入一定量的室外新风是必要的。

有学者对A-G七座大楼做过污染物浓度(CO2)和新风量的测试[1],其室内CO2浓度与人均新风量关系示意图如图1所示,图中左侧纵坐标表示CO2气体的体积浓度,即每立方米的空气中含有CO2的体积数(立方厘米),单位为立方厘米/立方米=10-6。

图中可以看出人均新风量与室内CO2浓度之间有着密切的联系,B座大楼人均新风供给量最大,其室内平均CO2浓度最低;D座大楼的人均新风供给量最小,其室内平均CO2浓度最高。由此可见新风供给量对室内空气品质有重要的影响,新风的引入可以有效地改善室内的空气品质。

1.2 通风方式比较

目前空调系统常用的新风供给方式包括两大类:自然通风法和机械通风法。 自然通风法是在空调运行期间或运行一段时间后,开启外窗,让室外的新鲜空气自然进入空调室内,进行通风换气,从而降低室内污浊空气的浓度。机械通风法是以机械送风与机械排风的方式,在排出室内污浊空气的同时,引入室外的新鲜空气。

自然通风和机械通风均能有效地解决室内CO2浓度偏高问题,改善室内空气品质。但自然通风会对进风区域的环境产生较大的影响,而机械通风对室内的温、湿度影响不大,能够保持室内的温、湿度在允许的范围内。

空调系统的机械通风方式主要采用装排气扇、送风机及能量回收换气机等形式。采用安装排气扇的通风方式能有组织地排出室内污浊空气,降低室内污染浓度,因此房间内形成负压状态,室外新鲜空气从房间下部进入;采用安装送风机的通风方式能有组织地引入室外新鲜空气,稀释室内空气,房间内形成正压状态,室内污浊的空气经门窗向外界渗透。采用安装能量回收换气机的通风方式能在排出室内污浊空气的同时引入室外新鲜的空气,并利用换气机内的热交换器,使新风和排风进行了充分的热量交换,既改善了室内空气品质,又降低能量损耗。

2 能量回收换气机的工作原理、特点

2.1 工作原理

当室内的排风和室外的新风分别呈正交叉方式流经能量回收换气机时,两种气流通过内置的板翅式换热器的隔板,在温度差和水蒸气分压力差的作用下进行传热和传质的交换,从而完成排风和新风的热湿交换。根据能量交换方式不同,能量回收换气机分为显热交换换气机和全热交换换气机。显热交换换气机的热交换器两侧空气只发生热量交换,全热交换换气机的热交换器两侧空气发生热和湿的交换。能量回收换气机热交换芯体工作原理示意图如图2所示。

一般显热交换换气机的效率(温度效率)达到70%以上,全热交换换气机的效率(焓效率)达到60%以上。

2.2 特点

(1)有效的改善室内空气品质

能量回收换气机为机械式全新风系统,它的送、排风将室内的污浊空气及时排向室外,将充足的新鲜空气送入室内,使室内空气处于良好的流通状态,室内空气品质得到很好改善。

(2)节能

能量回收换气机将排风中一部分能量提供给引入的新风,降低了新风负荷,具有节能效益。有学者[5]研究表明,在室外温度为-9℃,室内温度为18℃时,显热交换能量回收换气机热回收率可达到78.9%,全热交换能量回收换气机的回收率可达62.8%。

(3)空气的过滤

能量回收换气机的新风入口处装有过滤器,能有效地防止室外空气中的有害物质进入室内,保证室内具有良好的空气品质。

(4)体积小、噪音小

能量回收换气机体积较小,便于安装;其换热器本身无噪音,噪音主要来自风机,在实际中,可以选用低噪的风机来减小换气机的噪音。

3 能量回收换气机的节能分析

3.1 能量回收换气机节能计算实例

以在上海地区采用能量回收换气机系统的公寓、办公室、娱乐场所为例,计算冬、夏两季使用能量回收换气机空调系统的节能效率。

3.1.1 室内外设计参数

3.1.2 节能计算

根据资料[3]给出换热器显热回收率公式:

εi=GSCPs(tw-tj)/GpCPp(tw-tn) (1)

新风负荷计算公式:

Q=Gsρs|(iw-in)|/3 600 kW (2)

能量回收换气机空调系统的节能效率公式:

η=(Q-Q′)×100%/Q0 (3)

式中 εi——显热回收率,%;

Gs和Gp——分别为进风量、排风量,m3/s;

tn——室内温度,℃;

tj——换气机进风温度,℃;

tw——室外温度,℃;

Gp——空气比热,1.01 kJ·kg-1·℃-1;

iw——室外空气焓值,kJ·kg-1;

in——空调进风空气焓值,kJ·kg-1;

in——室内空气焓值,kJ·kg-1;

ρs——空气密度,取1.2kg·m-3;

Q——未经热回收新风负荷kW;

Q′——经热回收后新风负荷,kW;

Q0——空调总负荷,kW;

η——节能效率。

根据不同建筑类型的面积和人员密度估算指标,估算室内人数,再由人均新风量值计算出房间的总进风量,为保证房间有一正压,令排风量为进风量的90%,房间的室内外设计值见表1、表2,假设换热器显热回收率为70%,由公式(1)计算出换气机的进风温度,查焓湿图得到换气机进口空气焓值和室外空气焓值,将两值分别代入公式(2)中iw,求出进行热回收和未进行热回收的新风负荷Q′和Q值,根据《实用供热空调设计手册》中空调冷负荷设计指标估计夏季空调冷负荷Q0,冬季空调热负荷估计值按冷负荷的85%计算。再利用公式(3)求出使用能量回收换气机空调系统的节能效率。具体计算数据见表3。

3.2 前景分析

(1)能量回收换气机为机械式全新风系统,其送、排风系统为室内创造了良好的通风环境,提高了室内的空气品质,满足了人体健康的需要。

(2)装能量回收换气机的空调系统,虽然增加了换气机的初投资,但是通过对排风能量的回收,大大降低空调的负荷,尤其是在冬季,其节省能量占空调总负荷的20%以上,有效地提高了能源的利用效率,减少了空调系统的运行费用。

(3)能量回收换气机体积小,便于安装,节省空间。

(4)能量回收换气机噪音小,有益于室内形成良好的工作、学习、生活环境。

(5)能量回收换气机凭借良好的节能效果和创造高品质的室内环境,在将来空调系统中会得到充分的肯定及广泛的应用。

参考文献

(1)潘毅群,龙惟定.办公楼的室内空气品质与新风(J).暖通空调.2002.32(6):28-30.

(2)李先庭,杨建荣.室内空气品质研究现状与发展(J).暖通空调.2000.30(3):36-40.

(3)尾花英朗.热交换器设计手册(M).烃加工出版社.

(4)陆耀庆.实用供热空调设计手册(M).北京:中国建筑工业出版社.

(5)李敏,于蕾.浅析住宅用能量回收新风换气机的应用(J).制冷与空调.2002.4:65-69.

电动汽车制动能量回收系统研究 篇8

随着环境污染与能源危机问题的日益严峻,新能源汽车成为了世界各国研究的热点。电动汽车使人们看到了解决环境污染和能源短缺问题最有效的途径和方法。研究表明,在城市行驶工况,大约有50%甚至更多的驱动能量在制动过程中损失掉[1],郊区工况也有至少20%的驱动能量在制动过程损失掉。因此制动能量回收是提高电动车能量利用率的有效措施之一。

制动能量回收,又称回馈制动或再生制动,其可将车辆的部分动能转化为电能储存于电池中,同时施加电机回馈转矩减少传统制动器的磨损,且改善了整车动力学的控制性能[2]。因此,研究制动能量回收技术具有重要意义。

1、再生制动系统结构及其原理

1.1 传统汽车制动系统结构及原理

使行驶中的汽车减速直至停车,使下坡行驶的汽车速度保持稳定,以及使已停驶的汽车保持不动,这些作用统称为汽车制动。传统汽车的制动系统主要为摩擦制动,可分为鼓式制动和盘式制动两大类[3]。

传统制动系统由图1可见:

传统制动系统主要由四部分组成:供能装置,控制装置,传动装置和制动器。制动过程中驾驶员踩下制动踏板通过真空助力器作用到制动总泵上,再通过制动管路将制动油压传到四个车轮的制动器上,从而使得鼓式或盘式制动器进行各车轮的制动。

1.2 再生制动系统结构及其原理

1.2.1 再生制动系统基本结构

再生制动是电动车在保证制动效能的前提下,通过与驱动轴相连的能量转换装置把一部分能量转化为电能储存起来,达到回收制动能量目标的一种技术[4]。再生制动系统基本工作流程如图2所示:实线流程为再生制动能量回收过程;虚线流程为车辆驱动过程,本文主要研究实现部分的再生制动能量回收过程。

电动汽车的能量转换装置为电机,储能装置为蓄电池。再生制动即是电动汽车制动控制系统通过对相关功率器件开关状态的控制,实现电机转速、转矩大小与方向的改变,从而实现车辆从驱动状态切换到制动状态,进而将部分行进动能转换为电能回收到蓄电池中。

1.2.2 制动能量回收系统的基本原理

电动汽车制动能量回收是指汽车在减速制动时,将一部分机械能转化为其它形式的能量,存储在储能装置中,并加以利用。

电动汽车制动能量回收时,电机工作于再生制动运行状态,其电路原理图如图3所示:制动过程中,在保证制动稳定性的前提下,控制电机两端电源断开,切断驱动电机转动电流,电机电枢两端接入一个高频开关电路,使该电路能够高频通断[5]。由于电机属于点感性设备,在高频通断过程中便会产生感应电动势Ea和感生电流i两者关系为:

式中,L为电机电感量;t为时间变量。

开关K闭合时,电机处于回路中,感应电流为制动电流Iz,即:

式中,Rd为电枢电阻,Rw为限流电阻。

开关K断开时,由于电感作用,|di/dt|会迅速上升,感应电动势Ea大小也随即升高,当其不断升高直至高于蓄电池电压U(即|Ea|>U)时,电机电枢与蓄电池即形成回馈电路,感应电动势引起的感应电流Ie将流向蓄电池,Ie大小为:

电机再生制动过程实际就是电机在正转制动运行中电机电池通过回馈电路连接而形成的回馈制动过程,出一部分电量消耗于电枢负载外,其余都回流到蓄电池组,实现能量回收目标。

2、机械制动与电机制动的分配关系

在电动汽车的制动系统中,制动力分配如图4所示,制动力是由两部分力组成,一部分由传统的气/液压制动系统提供的摩擦制动力,另一部分是由电机提供的能量回收制动力。电动汽车的制动控制策略核心是在最大限度的实现能量回收的前提下,协调电机制动与机械摩擦制动力的分配关系。

汽车总的制动力由摩擦制动力与电机制动力共同作用。则有,

则汽车的减速度为:

式中,Fb总的制动力;Fhyd机械摩擦系统提供的制动力;Fmot电机制动系统提供的制动力,m为汽车质量。

通常汽车制动过程可以分为紧急制动、正常制动、长下坡缓行制动三类[6]。

(1)紧急制动

一般汽车紧急制动的制动减速度大于。从安全角度考虑,紧急制动时应以机械摩擦制动力Fhyd为主,电机制动力Fmot为辅。Fhyd=max(Fhyd),Fmot=max(Fhyd),(Fhyd+Fmot)达到最大。由于紧急制动过程非常短,因此能够回收的制动能量比较少。

(2)正常制动

该制动过程可分为减速过程和停止过程,其中减速过程对应的制动减速度小于。整车制动力主要由Fmot提供,在Fmot所提供的制动力不能满足制动要求时,摩擦制动力Fhyd才起作用。减速过程能够最大限度的利用再生制动力,使汽车减速的同时把动能转化成电能加以存储利用,停止过程主要由摩擦制动完成。因此正常制动情况下能够回收的制动能量较多。

(3)长下坡缓行制动

汽车长下坡,当制动力要求不大时,可完全由电机再生制动力Fmot提供,因此这部分能量也可以回收。当Fmot不能满足下坡制动要求时,摩擦制动力Fhyd才起作用。但由于下长坡的几率比较小,故回收能量情况较少。

3、复合制动系统与传统摩擦制动系统的对比[5]

(1)能量利用率

传统的制动系统,主要通过摩擦方式制动,在制动过程中把机械能通过摩擦转换成热能。而复合制动系统,可以把制动过程中的部分机械能转化成电能存储到储能元件加以再利用,从而增加了能量利用率。

(2)制动可靠性

在电动汽车长下坡时,因频繁制动摩擦,使制动副表面温度升高而失效,不稳定因素增加。而复合制动系统,可以减小摩擦制动器的使用频率,有效的降低制动副表面温度,提高了制动效能和制动安全性。

(3)续驶里程

传统的制动系统,把制动过程中的动能通过摩擦转换成热能的形式损失掉。而复合制动系统,可以吸收再利用这部分制动能量,很大程度的提高了电动汽车的续驶里程。

(4)维修保养

传统的制动系统,由于制动器以摩擦制动方式工作,需要经常更换刹车片,因此增加了车辆的维修保养费用。而带有制动能量回收装置的复合制动系统,可以有效的减小摩擦制动器的使用频率,降低车辆的维修保养费用。

4、电动汽车制动能量回收的约束条件

一般情况下其约束因素有储能装置、制动力分配比例、电机性能、驱动类型、行驶工况、符合驾驶习惯等[7]。

(1)储能装置。电动汽车上常用的储能装置有蓄电池、燃料电池、超级电容、飞轮等,其中最主要的还是蓄电池,因此,在制动能量回收时要充分考虑蓄电池的状态,如果电池SOC值超过上限值,为保护电池则不应充电[8]。

(2)制动力分配比例。制动过程中,对车辆制动安全性的要求是第一位的。需要找到机械制动与电制动的最佳结合点,在确保制动安全性的前提下,最大限度的回收制动能量[9]。

(3)电机性能。作为再生制动系统的关键部件,电机的制动能力越好,就可在分配再生制动力与机械制动力时提高再生制动力比例,提高制动能量回收效果。此外电机的发电效率对制动能量回收有很大影响。

(4)驱动类型。从车型角度考虑,制动过程中能够回收能量均只是驱动轮上的行驶动能,而从动轮上的动能只能依靠机械摩擦制动产生的热量消耗掉。因此,在保证制动安全的前提下,尽可能多的向驱动轮分配制动力有利于提高制动能量回收效率。

(5)行驶工况。若电动汽车行驶在城市交通较拥挤道路上,需要频繁起步、加速、减速,则制动工况较多,能够增加能量回收效果;若电动汽车行驶在高速公路,很少出现制动减速工况,则制动能量回收较少。

(6)符合驾驶习惯。应充分考虑电动汽车驾驶人和乘客的舒适性,对于传统的摩擦制动系统,制动踏板开度角的大小与制动力矩成正比[10]。则在具有能量回收系统的电动汽车制动过程中,驾驶人对制动踏板的感觉应尽可能与传统的制动过程相近[9]。

5、总结

本文在对传统制动系统与电动汽车回馈制动系统的基础上论述了其制动能量回收的原理以及机械摩擦制动力与电机回馈制动力的分配关系得出了在最大比例回收能量条件下的分配关系图,并将复合制动系统与传统机械摩擦制动系统在能量利用率、制动可靠性、续驶里程、维修保养方面作比较得出复合制动的优缺点,最后通过分析论证得出制动能量回收系统的约束条件储能装置、制动力分配比例、电机性能、驱动类型、行驶工况、符合驾驶习惯等,为今后继续发展制动能量回收系统指明了方向。

摘要：为进一步提高电动汽车的能量利用率以提高其续驶里程,本文对电动汽车制动能量回收系统作了进一步研究。本文论述了电动汽车能量回收系统的原理并与传统制动系统进行比较,同时分析了机械制动与电机制动的分配关系并总结了复合制动与传统摩擦制动系统的区别,最后论述了电动汽车制动能量回收的约束因素。

关键词：电动汽车,制动,能量回收,原理

参考文献

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转炉炼钢过程中能量的回收与利用 篇9

1影响转炉煤气回收效果的因素

转炉煤气的全量回收, 简单表现在气柜无法完全接收炼钢所产生的合格煤气, 造成放散。在煤气柜有限空间的前提下要实现全量回收, 必须通过整个转炉煤气系统各个组成部分充分发挥其作用才能实现。因此, 转炉煤气系统中, 接收系统、加压机的压送能力、管道输送能力和管道的配置、用户的用量和用户点的分布各个组成部分, 都有可能对转炉煤气的回收造成影响。具体而言, 最重要的是操作制度尤其是转炉降罩制度, 转炉降罩的早晚直接影响到转炉煤气的回收量;其次是供氧强度, 对250t转炉供氧强度每增加10 000m3/h, 可多回收转炉煤气约7m3/t;再就是原料条件, 主要是入炉铁水的碳含量和加入炉内的碳质发热剂的量。此外, 困扰大多数钢铁企业的另一个因素就是用户不足导致柜满放散, 这主要是生产管理方面的原因。

将转炉煤气安全、高效地回收利用所具备的条件如下:较好的烟气冷却与除尘效果, 使外排烟气组成达到国家标准;较高的密封效果, 以减少氧气的吸入, 使回收的转炉煤气中氧的体积分数控制在1.5%以下;较高的自动化水平, 反应灵敏, 及时切断不合格煤气, 使其不进入回收系统;有与生产相结合的回收软件技术;有稳定的储存设备和用户。

2实现转炉负能炼钢的技术途径

1) 优化转炉炼钢工艺, 降低消耗。为实现转炉“负能炼钢”, 应进一步优化炼钢工艺, 缩短吹炼时间, 降低各项消耗。主要的技术措施是: (1) 采用高效供氧技术, 缩短冶炼时间, 加快钢包周转; (2) 努力降低铁钢比, 增加废钢用量; (3) 采用铁水“三脱”预处理技术减少转炉渣; (4) 优化复合吹炼工艺, 降低氧耗, 提高金属收得率; (5) 采用自动炼钢技术, 实现不倒炉出钢。

2) 计算机控制炼钢技术, 降低工序能耗。转炉消耗的能源主要是氧气, 因此降低氧气消耗是实现负能炼钢的重要因素之一, 要不断改进计算机控制软件, 调整、优化工艺参数, 完善计算机控制炼钢技术, 同时, 为了能随时对钢厂的生产能源消耗进行分析, 要设制能耗计算机动态分析系统, 逐步实现对全厂各主要能源消耗数据的日分析、月统计、年累计, 使厂内各级领导和管理人员随时掌握全厂动态的工序能耗情况, 及时采取措施进行调整。

3) 提高转炉煤气回收的措施: (1) 降罩吹炼和合理供氧。吹炼期炉口是转炉烟气与外界接触的唯一通道。因此, 提倡吹炼中降罩早, 降罩到位。此外, 在实践中摸索出供氧强度、氧枪枪位的合理控制规律, 兼顾转炉脱碳、造渣及煤气回收之间的关系, 提高炼钢一次终点命中率, 延长达标煤气回收时间也会取得较好的回收效果; (2) 降罩到位与炉口微差压调控并行, 提高回收煤气品质。在生产操作中, 空气吸入量主要受活动烟罩与炉口间隙的大小以及炉口微差压的影响。因此, 在转炉吹炼过程中, 要严格实行降罩操作, 尽早将烟罩降至最低位, 防止空气吸入造成二次燃烧, 确保煤气回收的质量;同时, 合理调控炉口微差压, 限制空气吸入的不良影响, 提高转炉煤气品质; (3) 改进取压管和均压环管的机械结构, 减少因积水而影响煤气回收的现象发生; (4) 优化转炉煤气系统运行, 采用合理的拒位位置控制方式, 以减少因柜位过高而影响煤气回收; (5) 改进供氧制度和造渣制度, 使吹炼过程中转炉渣返干期明显下降, 减少了炉口积渣和大喷溅现象, 提高煤气的回收量和质量。

4) 提高转炉余热蒸汽的回收利用水平: (1) 改造转炉的氮封系统, 用蒸汽代替氮气封氧枪口, 减少氮气消耗, 在增加蒸汽自产自用的同时, 将余热锅炉所产蒸汽并入厂区蒸汽外网, 使回收蒸汽得到有效利用; (2) 降低转炉的工序能耗。转炉余热蒸汽存在压力波动大、含水量大。要选择合适的汽包运行压力及外输蒸汽流量, 使汽化蒸汽既不放散, 又不冲击外蒸汽管网; (3) 采用转炉蒸汽作为真空处理气源的供汽系统, 不但可以节能还可以节约资金, 而且也便于调节。通过建立汽轮发电机组发电, 也可以更好的回收余热资源; (4) 增加蓄热器, 可以稳定余热蒸汽压力, 可以使其具备并网的条件。

5) 合理的利用水是转炉节能的重要手段之一, 要合理处理好水资源。首先, 水污染问题。炼钢厂原转炉污水循环系统循环水流量一般为800~900 m3/h, 近年随钢产量的增加, 污水处理能力已不适应生产发展的需要, 循环水浓缩倍率过高, 管道结垢严重, 污水水质较差, 水塔喷淋水喷头堵塞严重。因此, 应对转炉污水处理系统进行适当的技术改造, 保证污水循环系统的水质、水温等稳定, 逐步实现污水的零排放。其次, 水消耗问题。就转炉的OG除尘水而言, 由于其硬度及pH值都比较高, 新水经过使用后, 回水往往在处理上要使用大量的药剂, 所以在条件允许的情况下, 可考虑以除尘上用过的回水代替新水来进行渣处理, 减少渣处理中新水耗量。

6) 对煤气回收分析和计量仪器的改进。计量及分析数据的正确与否, 将直接影响到煤气回收工作的顺利进行, 生产中, 由于取样管道积灰堵塞、泄漏、煤气分析仪探头污染等, 都会影响到计量数据的可靠性及煤气回收时间, 进而影响煤气回收量。因此, 在日常运行中要强化对计量设备的管理, 明确取样管道检查、吹扫周期, 定期清理及标定;重视煤气回收分析和计量仪器的隐患排除、缺陷修正等工作。

总之, 负能炼钢需要紧紧抓住能源与节流两项重点工作, 一方面不断提高转炉煤气、蒸汽回收水平;另一方面降低转炉的能源消耗, 采用各种节能新技术, 利用科技进步, 优化用能模式, 使转炉工序能耗逐年大幅下降, 为安全、高效地回收转炉煤气提供重要保证。

参考文献

[1]史翠毕, 陈广言, 史德明, 等.马钢95吨转炉负能炼钢实践[J].中国冶金, 2004 (2) .

回收能量 篇10

1 概述

由于炼油企业将生产的能源产品总量的6%～8%消耗于自身生产过程, 因此在高原油价格下, 无一例外处于盈亏边缘。“节能亦利润”、“节能亦生存和发展”已成为炼油企业要面对的问题。作为过程工业, 炼油过程用能有其规律。华贲等在深入研究过程工业能量传递和降质现象的基础上, 提出了“能量流结构三环节理论”。指出任何过程系统是由能量转换、能量利用和能量回收三个环节组成的。来自系统外部的能量如燃料化学能、电能、蒸汽能等经过转换环节 (主要包括加热炉、机泵、透平等设备) 被转化成系统运行所需的热能、流动能, 以推动利用环节 (主要包括反应、分馏等设备) , 实现过程系统的产品目标, 并且过程余热进入回收环节 (主要包括换热器、蒸汽发生器、冷却器) 得到再回收利用, 以减少外部能量供入、降低工艺总用能。以三环节理论为基础, 华贲等建立了基于经济分析的过程能量综合分解协调理论, 成功应用于国内多家炼化企业。Linnhoff B等提出了“夹点”技术, 用冷、热物流复合曲线高度总结了过程内部的热量作用关系, 指出“不跨夹点传热的过程系统具有最小冷、热公用工程消耗”, 建立了具体的热集成方法和技术, 并以此为基础提出了系统能量集成的模型。

2 过程能量综合的基本原理和研究目标

石化工业是典型的过程连续工业, 在过程系统工程的范畴内研究过程工业的用能和节能问题, 可以在“过程能量综合 (集成) ”的框架内展开, 它一般基于有如下基本设想: (1) 石化系统是由若干个内部同时发生能量和质量转换或传递的过程单元所组成的。 (2) 能量不但有数量多少的量度还有质量 (或品位) 的差别, 能的质量即它的能级由它的能力或它所具有的火用 (或称有效能、有用能) 来决定。高温热源品位高、能级高, 因此拥有的火用多、做功能力强;反之亦然。 (3) 从传递过程原理的角度讲, 温差是传热过程进行的推动力;浓度差是传质过程进行的推动力, 压差是流体流动过程的推动力。在过程热力学的范畴, 我们同样也可以认为:火用是一切用能过程进行的推动力, 并以自身的损耗为代价。 (4) 温差 (或浓度差) 越大, 过程的不可逆度越高, 但速度也越快, 完成该过程的设备投资也越小, 代价也越大。因为过程的火用损耗大, 所以高温 (或高浓) 体做功的能力损失也就多。 (5) 热能可以多次利用, 在进行系统换热网络设计时, 应按合适的温位逐级利用、优化匹配, 以尽量减少过程的不可逆度, 降低损耗。尤其要避免能量的无功降级。 (6) 系统换热网络的优化目标, 不应是火用损耗愈低愈好, 而是费用越小越好。 (7) 系统换热网络的优化, 不仅要在单元过程 (或设备) 层面上实现用能和节能的优化, 更需要在全系统的能量 (特别是热能) 利用上实现整体优化, 这是过程能量综合的主要任务。 (8) 化工过程的能量综合优化, 不只是一个单纯与过程工艺、设备和控制相关的技术问题, 还与工程、质量、安全、环保、开停工、市场、季节、生产方案等诸多因素密切相关, 施方案的最终效果, 需要用对经济和社会效益的整体影响, 才能作出最后的评价。 (9) 能量综合的原则可应用于新装置 (工厂) 的设计、现有装置的改造, 过程工艺流程的调整难题, 新产品、新工艺的工业化开发, 以及系统操作和生产管理等各个方面, 只有这样才能从宏观到微观, 从生产的各个环节到相关的各个部门实现整体用能和节能的优化。这也是过程能量综合这门科学研究的基本目标和所需要解决的问题。

3 炼油过程能量优化方法

炼油过程大系统是由若干工艺装置和公用工程装置, 如蒸汽、动力、储运、给排水等组成的, 同时每个装置又包含能量转换、利用和回收三个子系统。子系统之间、装置之间以及子系统与装置之间通过能流传递相互关联和作用, 从而实现炼油过程的对立统一。炼油过程能量优化的目的就是选择优化的单元操作及其间的联结关系, 在保证系统安全生产和产品收率及质量的前提下, 实现过程最小能量消耗。优化的方法和思路如下:

3.1 总能规划

以研究对象总流程为基础, 结合现有运行数据以及历史数据如标定结果对装置进行用能评价, 确定重点能耗单元, 同时通过对炼油厂能源消费状况和能源价格分析, 确定合理的能源消费结构。

3.2 装置内部能量优化

装置能量优化是系统能量优化的核心, 系统优化的结果应体现和落实。装置内部能量优化主要包括:提高加热炉热效率、优化分馏塔操作、优化工艺物流换热流程、优化余热回收以及分馏系统与换热网络的协同优化等。

3.3 装置间直接热进料/供料

实施装置热联合操作。装置间热联合操作不但可以减少物流在上游装置的冷却负荷, 降低它在下游装置的加热负荷, 避免重复冷却和加热, 还可以减少它在中间罐区的加热、维温负荷及机泵输送功耗, 是单元和系统能量优化的重要手段。在有互供料关系且同步运行的装置间, 尽量采用直接热供料/进料工艺, 并依据上下游装置的用能情况, 确定合适的供料/进料温度。

3.4 低温余热大系统利用

装置内部能量优化完成后, 以除盐水为媒介的余热采出已基本完成。但由于余热分布散、热阱不集中, 决定了余热利用不能局限在局部, 必须大系统实施。

4 炼油过程低温余热利用

炼油过程低温余热的特征是热源、热阱点多面广分布散;热源多为工艺余热, 负荷相对稳定;但热阱负荷明显随季节变化, 且有生产、生活和辅助三类不同热阱。必须从全厂大系统分析, 充分平衡和综合各种因素, 以期实现整体平衡回收和利用。

4.1 充分挖掘低温热阱潜力

全面调研低温热用户, 进行全厂低温热阱资源普查和分析, 确定它们的温位、负荷、类别以及负荷随季节变化的规律。

4.2 优化热水网络结构

依据布置、热水流程现状和热源热阱的相对平衡关系, 确定全厂热水网络结构。该网络结构可能包含几个相对独立的子系统, 各子系统内部热源和热阱的总图位置比较接近、负荷能总体平衡、温位大体相配、源阱单元同步运行率较高、热阱特征基本相同、并具备一定的辅助补热和后冷条件。

4.3 建立各热水子系统

利用线性规划确定热水进出装置温度、热水流量, 利用“夹点”技术设计网络结构, 利用换热器优化选型技术选择热水换热器, 利用换热网络分析技术优化的策略, 实现热水热量梯级利用, 最大限度降低后冷负荷, 合理安置补热、后冷、监控等。

4.4 热水网络的系统分析

重点是热水子系统之间的关联和调剂以及事故条件或重大生产改变工况条件下的相互协调及策略等

摘要：本文主要分析炼油过程能量传递和低温余热热源及热阱特征, 运用热力学试探法和数学规划法建立了炼油过程系统能量优化方法和低温余热大系统优化回收利用方法。系统能量优化涵盖炼油过程总能规划、直接热联合和热供料、装置内部能量优化、低温余热利用等方面;低温余热利用包括热源热阱分类评价、热水子网络建立、大系统分析。

关键词：炼油,能量优化,低温余热利用,分析,方法

参考文献

[1]田纯文等.实现装置热联合回收利用低温热.节能.2003.